EP3002530B1 - Wärmeaustauscher, Wärmeaustauschervorrichtung und Verfahren zur Benetzung eines Wärmeaustauschers - Google Patents

Wärmeaustauscher, Wärmeaustauschervorrichtung und Verfahren zur Benetzung eines Wärmeaustauschers Download PDF

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EP3002530B1
EP3002530B1 EP14187625.0A EP14187625A EP3002530B1 EP 3002530 B1 EP3002530 B1 EP 3002530B1 EP 14187625 A EP14187625 A EP 14187625A EP 3002530 B1 EP3002530 B1 EP 3002530B1
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EP
European Patent Office
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heat exchanger
condenser
wetting
accordance
desuperheater
Prior art date
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Not-in-force
Application number
EP14187625.0A
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English (en)
French (fr)
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EP3002530A1 (de
Inventor
Heinz Jackmann
Michael Freiherr
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Guentner GmbH and Co KG
Original Assignee
Guentner GmbH and Co KG
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Filing date
Publication date
Application filed by Guentner GmbH and Co KG filed Critical Guentner GmbH and Co KG
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Publication of EP3002530A1 publication Critical patent/EP3002530A1/de
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B39/00—Evaporators; Condensers
    • F25B39/04—Condensers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28B—STEAM OR VAPOUR CONDENSERS
    • F28B1/00—Condensers in which the steam or vapour is separate from the cooling medium by walls, e.g. surface condenser
    • F28B1/06—Condensers in which the steam or vapour is separate from the cooling medium by walls, e.g. surface condenser using air or other gas as the cooling medium
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28B—STEAM OR VAPOUR CONDENSERS
    • F28B5/00—Condensers employing a combination of the methods covered by main groups F28B1/00 and F28B3/00; Other condensers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D3/00—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium flows in a continuous film, or trickles freely, over the conduits
    • F28D3/02—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium flows in a continuous film, or trickles freely, over the conduits with tubular conduits
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2339/00—Details of evaporators; Details of condensers
    • F25B2339/04—Details of condensers
    • F25B2339/041—Details of condensers of evaporative condensers

Definitions

  • the invention relates to a heat exchanger according to the preamble of independent claim 1, a heat exchanger device according to claim 10 and a method for wetting a heat exchanger according to the preamble of independent claim 14.
  • the prior art heat exchanger or heat exchange devices and methods for their wetting are known and find themselves in a variety of technical applications.
  • Heat exchangers are used in refrigerators, such as used in ordinary household refrigerators, in air conditioners for buildings or in vehicles of all kinds, especially in automobiles, aircraft and ships, as water or oil coolers in internal combustion engines, as condensers or evaporators in coolant circuits and in a myriad of different applications, all of which are well known to those skilled in the art are.
  • the heat exchangers are often connected to a circuit containing a refrigerant, ie a heat transfer medium such as a coolant, wherein the heat exchanger heat directly, ie record without phase transition from the liquid or gaseous refrigerant or can deliver to the same, or as a capacitor or evaporator for the refrigerant can be effective.
  • a refrigerant ie a heat transfer medium such as a coolant
  • the transport fluid outside the heat exchanger eg water, oil or often simply the ambient air, can absorb heat energy from the heat exchanger or transferred to the heat exchanger, it is thus either heated or cooled accordingly.
  • the transport fluid thus usually has a much lower heat transfer coefficient than the refrigerant circulating in the heat exchanger. This is compensated by greatly different heat transfer surfaces for the two media.
  • the refrigerant with the high heat transfer coefficient thus flows in a tube or extruded profile, which has on the outside by one or more ribs or fins, such as sheets, a greatly enlarged surface at which the heat transfer with the transport fluid, for example, the ambient air takes place.
  • One way of meaningfully classifying heat exchangers is to make a distinction according to the design of the various types of heat exchangers.
  • a widely used version is the laminated heat exchanger.
  • a laminated heat exchanger consists of a tube for the passage of the refrigerant and a plurality of fins, which are connected to the tube and are in operation with a transport fluid in communication.
  • the laminated heat exchanger is particularly useful when the transport fluid is gaseous and consists of ambient air, since this has a comparatively low heat transfer coefficient, which can be compensated by a correspondingly large surface of the slats.
  • the efficiency is essentially determined by the temperature difference between the fins on the one hand and the or the pipes on the other hand.
  • the temperature difference is the smaller, i. the more effective the heat transfer, the greater the conductivity and the thickness of the fins, and the smaller the mutual distance of the tubes.
  • many tubes also mean higher material and processing costs, so higher efficiency is usually associated with higher costs.
  • this material cost could be reduced by reducing the pipe diameter and wall thickness, i. You build a heat exchanger with many small pipes instead of a few big pipes. Thermodynamically, this solution would be optimal: very many tubes in close proximity with small diameters.
  • microchannel heat exchangers which are manufactured using a completely different process and are almost identical to the ideal of a laminated heat exchanger: many small tubes with small gaps.
  • the microchannel heat exchanger uses an extruded profile, for example made of aluminum, which has a large number of small channels with a diameter of, for example, about 1 mm.
  • a heat exchanger depending on the required heat output, can already manage with a single extruded profile as a central heat exchange element.
  • To achieve higher heat transfer performance can of course also be provided in a single heat exchanger and several extruded profiles simultaneously, in suitable combinations for Example of supply and discharge lines connected to each other, for example, to be soldered together.
  • Such extruded profiles may e.g. be made easily and in a variety of forms from a variety of materials in suitable extrusion.
  • other methods of making microchannel heat exchangers are known, such as e.g. the assembly of suitably shaped profile sheets or other suitable methods.
  • These profiles can not, and you do not need to widen and they are not inserted into stamped plate packs. Instead, for example, between two closely spaced profiles (common distances, for example, ⁇ 1cm) slats laid, which are formed, for example, as a folded metal strips, in particular made of aluminum. By alternating juxtaposition of lamella and profile, which are subsequently soldered, then creates a heat exchanger.
  • the efficiency of the heat exchanger can, for example, to save energy and to enable improved operation, be further increased by this additionally comprises a wetting device for the task of a wetting fluid.
  • a wetting device for the task of a wetting fluid.
  • the heat exchanger is wetted with the wetting fluid by the wetting fluid is pumped, for example from a reservoir or other means to the wetting device and the heat exchanger, for example by means of spray, is abandoned.
  • a drip pan can be arranged, in which the excess wetting fluid drips. Subsequently, the wetting fluid can be treated, for example, in the drip pan, and be led back into the reservoir. Disadvantage is that such a circulation system is very expensive in terms of the cost and very expensive to operate.
  • a dry cooling tower for the hybrid liquefaction of a refrigerant is described with such a described wetting device.
  • the Indian EP 0 943 882 B1 described dry cooling tower provides that the heat exchanger is divided into a desuperheater and a downstream of the desuperheater, the lower end of the desuperheater covered only a portion of the upper end of a condenser, the desuperhed so arranged offset to the condenser.
  • the wetting device is arranged, with which the condenser is wetted with the wetting fluid.
  • the desuperheating of a hot gas takes place in a small area of the heat exchanger by means of the transport fluid, for example dry ambient air.
  • the transport fluid for example dry ambient air.
  • the desuperheater and condenser in spite of the described arrangement, due to the spraying of the wetting fluid wetted with this, so that the wetting fluid, for example, evaporates or evaporates or form lime deposits on the desuperheater.
  • the operation of the wetting system is very expensive, since the excess wetting fluid must be collected and processed, so a circulation system is necessary.
  • a heat exchanger wherein an outer boundary of the heat exchanger is formed by an inflow surface and an outflow surface such that in the operating state for exchanging heat between a transport fluid and a refrigerant flowing through the heat exchanger, the transport fluid can be supplied to the heat exchanger via the inflow surface Heat exchanger can be brought into flowing contact and discharged via the outflow from the heat exchanger again.
  • the heat exchanger includes a desuperheater and a condenser.
  • the heat exchanger comprises a separating element, wherein the separating element is configured and arranged at a separation point, that the inflow is divided into a Enthitzer Symposium and a condenser.
  • the partition may be circular, elliptical or polygonal, in particular, the partition may be made rectangular.
  • the separating element may be flat or have a curvature.
  • the separator may be a sheet-like material, such as a sheet, and the material may be, for example, a metal or a metallic alloy, preferably an aluminum alloy, a stainless steel, stainless steel or a plastic.
  • the partition can be painted, for example, with be painted a powder coating.
  • the thickness of the sheet-like material may for example be in a range between 0.5 mm to 10 mm, preferably between 1 mm to 3 mm.
  • the separation point can be in or at the heat exchanger.
  • the separation point may be formed as one or more separation points or as a parting line.
  • the dividing line may have any desired course, but preferably be formed as a horizontal or vertical straight line.
  • the separation point can run on a pipe, for example a support tube or refrigerant pipe leading.
  • the separating element may comprise one or more attachment areas, for example round, in particular semicircular, or polygonal gaps or indentations, so that the separating element can be arranged precisely fitting at the separation point, in particular at the tube.
  • the separating element can be arranged at the separation point and fastened to one or more end plates of the heat exchanger or else to a housing in which the heat exchanger can be arranged.
  • the separating element can be arranged at the separation point, that is to say, for example, be fastened by means of screwing, welding or clipping.
  • the separating element can be fastened to a pipe, for example a support pipe or a pipe carrying refrigerant.
  • the separating element can also be attached to an intermediate piece, for example a holder, and the intermediate piece can be arranged at the separating point on the heat exchanger, that is to say, for example, be fastened by screwing, welding or clipping.
  • the separating element may in particular be arranged on the outer boundary surface, preferably on the side of the inflow surface, on the desuperheater and condenser.
  • the separating element may be arranged at a distance from the slats, in front of the slats, between the slats or in another way at the separation point between the desuperheater and condenser.
  • the separating element may preferably be on the side of the inflow surface, in particular between or on the fins of the Heat exchanger, so be arranged the slats of the desuperheater and condenser.
  • the heat exchanger may be a laminated heat exchanger, which may comprise, for example, a plurality of tubes for passing the refrigerant and a plurality of fins.
  • the fins can be connected to the tubes and are in operation with the transport fluid in connection.
  • the fins or tubes may be made of a good thermal conductivity material, for example aluminum or copper, preferably stainless steel.
  • the laminated heat exchanger may also contain a plurality of tubes for more than one heat transfer medium, or the tubes may be connected in parallel and / or in series as needed.
  • the heat exchanger may also be a plate or a microchannel heat exchanger.
  • the heat exchanger can be designed as a one-piece heat exchanger, that is, as a heat exchanger with continuously formed fins, wherein in particular the desuperheater and the condenser have continuously formed together fins.
  • the separating element is configured and arranged at a separation point that the inflow into a Enthicherer Scheme and a condenser area is divided. Since the transport fluid is supplied to the heat exchanger in the operating state via the inflow, it can be achieved with this measure that the inflow is divided into a Enthitzer Anlagen and a condenser, so that the desuperheating of the hot gas takes place in a smaller area of the heat exchanger.
  • a subdivision of the inflow can be achieved easily and inexpensively.
  • the heat exchanger comprises a wetting device for discharging a wetting fluid
  • the heat exchanger in particular the condenser, is wettable with the wetting fluid
  • the wetting device is arranged in the condenser region, in particular between the separating element and a front end of the heat exchanger.
  • the wetting fluid may be pumped from a reservoir to the wetting device.
  • the wetting fluid may form a drop-forming liquid film on the heat exchanger.
  • the wetting device may be equipped with spray nozzles, wherein the spray nozzle may be, for example, a hollow cone nozzle, a flat jet nozzle or any other type of nozzle suitable for wetting the heat exchanger.
  • the wetting device is arranged in the condenser region, in particular between the separating element and a front end of the heat exchanger. As the front end, especially the front end of the condenser, the end of the heat exchanger or condenser can be understood, which is arranged on the side facing away from the desuperheater.
  • the end of the heat exchanger or Enthitzers can be understood, which is arranged on the side facing away from the condenser.
  • the wetting device can preferably be arranged on the inflow surface in the condenser region his.
  • the wetting device can wet the heat exchanger in the operating state, in particular the condenser, for the same or different length of time intervals, in one or more sections and with different amounts of wetting fluid.
  • a section can be understood to mean a delimited part of the heat exchanger, which is ventilated by a fan.
  • a heat exchanger may comprise one or more sections, which are spatially separated, for example by means of a partition wall, such that the transport fluid can be transported in a section by a fan.
  • the wetting device is thus advantageously arranged in the condenser region such that only the condenser can be wetted during operation and no wetting fluid enters the desuperheating area or wets the desuperheater.
  • the Enthitzer #2 which may be an area with very high temperatures, does not come into contact with the wetting fluid, so that evaporation, ie a complete evaporation of the wetting fluid, or lime failure, which forms deposits is prevented.
  • this wetting fluid can be saved, because in the range of Enthitzers large temperature differences between the heat transfer medium and ambient air are present and wetting to increase performance is not required.
  • the wetting device can wet the heat exchanger as a function of a load requirement so accurately with an amount of wetting fluid that no or little wetting fluid drips as excess from the heat exchanger.
  • it is thus possible to dispense with a collecting trough or a circulation system.
  • the heat exchanger is in two parts, in particular the desuperheater and the condenser, designed as structurally separate units.
  • the two-part heat exchanger can be a desuperheater and a condenser include, which are designed as structurally separate units.
  • Under separate units can be understood a heat exchanger with separately formed fins, in particular the desuperheater and the condenser may be formed with separately formed fins.
  • the heat exchanger can thus have a modular design and thus be manufactured inexpensively.
  • the separating element between the desuperheater and condenser is arranged.
  • the separating element can be arranged at the point of separation between the desuperheater and the condenser, that is to say it can be arranged between the slats.
  • the separating element can preferably be arranged on the side of the inflow surface, in particular between the louvers of the desuperheater and condenser.
  • the desuperheater and the condenser can be designed as a unit that can be divided in a simple manner by means of the separating element in a condenser and a Enthitzer Symposiumt.
  • the separator can thus easily cause complete separation in condenser and Enthitzer Symposium.
  • a pipe leading the refrigerant of the desuperheater passes into the coil leading the refrigerant of the condenser.
  • the condenser and / or the desuperheater consist of several independent, interconnected units that are connected to each other horizontally or in parallel or in series.
  • the desuperheater and the condenser have a separate, leading a refrigerant coil, and the refrigerant pipe leading the desuperheater passes into the refrigerant pipe leading coil of the condenser.
  • the heat exchanger is an air-cooled condenser, in particular with ammonia as the refrigerant, or a gas cooler, in particular with carbon dioxide as the refrigerant.
  • ammonia or carbon dioxide can be used as refrigerant, which are particularly environmentally friendly, since these refrigerants do not contribute to the degradation of the ozone layer and either have no or only a very small direct impact on the greenhouse effect.
  • the heat exchanger is a lamella heat exchanger.
  • the heat exchanger comprises a section.
  • a section can be understood to mean a delimited part of the heat exchanger, which is ventilated independently and / or spatially separated from another section, for example by one or more fans.
  • a heat exchanger may comprise one or more sections, which may be separated spatially, for example by means of a partition wall, so that the transport fluid in one section can be transported independently and / or spatially separated from another section.
  • the wetting device can wet the heat exchanger in the operating state, in particular the condenser, in a same or different length of time interval, in one or more sections and with different amounts of wetting fluid.
  • one or more sections can be wetted optimally at the same time and independently of one another and / or after wetting time.
  • the invention relates to a heat exchanger device comprising a heat exchanger.
  • the heat exchanger device comprises a fan which is designed and arranged such that a transport fluid can be sucked in via an inflow surface of the heat exchanger, brought into flowing contact with the heat exchanger and can be discharged again via an outflow surface from the heat exchanger.
  • the speed of the fan is adjustable.
  • the heat exchanger device may include one or more fans.
  • the fan can generate a flow of the transport fluid in the operating state.
  • a speed of the fan can be regulated, ie variable in speed.
  • a use of the variable speed fans has the advantage that then the power consumption and thus the power consumption of the fans is considerably lower. With a variable-speed fan but also water can be saved, as increases with decreasing load, the proportion of convective heat output.
  • a first longitudinal axis of the heat exchanger is inclined to a second longitudinal axis of the heat exchanger device. If the heat exchanger device comprises at least two heat exchangers, the at least two heat exchangers being arranged opposite one another with respect to the second longitudinal axis, then these form a V with their first longitudinal axes.
  • the excess wetting fluid can thus drip off.
  • the wetting of the heat exchanger (s) or section (s) of the heat exchanger device, in particular of the condenser (s) of the heat exchangers can be carried out sequentially, ie the various sections or heat exchangers can be wetted in succession with the wetting fluid.
  • a time interval for a wetting for a section or a heat exchanger can be different or be the same length. For this reason, the wetting time of one section or heat exchanger may be different compared to another wetting time of another section or heat exchanger.
  • the sections or heat exchangers can be operated and used at the same time or in each case alternately, according to requirements, and at the same time the wetting time of a section or of a heat exchanger can be kept small compared to the total service life. Also compared to a complete and / or simultaneous wetting of all sections or the entire heat exchanger, the wetting time of a sequential wetting a section or a heat exchanger is much lower, that is cheaper.
  • the invention relates to a method for wetting a heat exchanger.
  • an outer boundary of the heat exchanger is formed by an inflow and an outflow surface such that in the operating state for exchanging heat between a transport fluid and a refrigerant flowing through the heat exchanger, the transport fluid supplied via the inflow to the heat exchanger, brought into flowing contact with the heat exchanger and is discharged again via the outflow surface from the heat exchanger.
  • the heat exchanger comprises a desuperheater, a condenser and a wetting device for discharging a wetting fluid.
  • the heat exchanger comprises a separating element wherein the separating element configured in such a way and on a Separation point is arranged, that the inflow is divided into a Enthitzer Siemens and a condenser, the wetting device in the condenser, especially between the separator 2 and a front end of the heat exchanger, is arranged and the heat exchanger, in particular the condenser, is wetted by the wetting device in the condenser ,
  • the method can be carried out with the heat exchanger according to the invention and / or the heat exchanger device.
  • the heat exchanger 1 comprises a desuperheater 13 and a condenser 14.
  • An outer boundary of the heat exchanger 1 is formed by an inflow and an outflow surface such that in the operating state for the exchange of Heat between a transport fluid and a refrigerant flowing through the heat exchanger 1, the transport fluid through the inflow to the heat exchanger 1 can be supplied, with the heat exchanger 1 in flowing contact and discharged via the outflow from the heat exchanger 1 again.
  • the heat exchanger 1 also comprises a separating element 2, wherein the separating element 2 is designed and arranged at a separation point 21 such that the heat exchanger 1 is subdivided into a desuperheating region 16 and a condenser region 15. Im in Fig.
  • the separating element 2 is configured and arranged at the separation point 21, that in particular the inflow is divided into a Enthitzer Siemens 16 and a condenser 15.
  • the heat exchanger 1 comprises a wetting device 3 for discharging a wetting fluid, with which the heat exchanger 1, in particular the condenser 14, is wettable with the wetting fluid.
  • the wetting fluid which wets in the operating state of the wetting device 3 is shown schematically as a dashed line.
  • the wetting device 3 is arranged in the condenser region 15, in particular between the separating element 2 and a front end 17 of the heat exchanger 1.
  • the condenser 14 is wetted with the wetting fluid and wetting of the desuperheater 13 is avoided. Evaporation or evaporation of the wetting fluid or limescale that forms deposits in the Enthitzer Scheme 16 and the desuperheater 13 is thus avoided.
  • the heat exchanger 1 or the heat exchanger device 6 can thereby be produced and simplified in a cost-effective manner since, for example, a circulation system or a preparation of the wetting fluid can be dispensed with.
  • the heat exchanger 1, in particular the condenser 14 and / or the desuperheater 13 may consist of several independent, interconnected units, which are connected to each other in parallel or in series.
  • the heat exchanger 1 may be an air-cooled condenser 14, in particular with ammonia as the refrigerant, or a gas cooler, in particular with carbon dioxide as the refrigerant.
  • the heat exchanger 1 in the first embodiment shown is a lamella heat exchanger.
  • the heat exchanger device 6 shown comprises a two-part heat exchanger 1, 11 and a heat exchanger 1.12 made in one piece.
  • the two-part heat exchanger 1, 11 comprises a desuperheater 13 and a condenser 14, which are designed as structurally separate units. Under separate units is a desuperheater 13 and a condenser 14 with separately formed fins and / or a refrigerant pipe leading the Enthitzers 13, which passes into the refrigerant of the condenser 14 leading coil, to understand.
  • Under a one-piece heat exchanger 1, 12, is however, to understand a desuperheater 13 and a condenser 14 with continuously formed fins and / or a continuous coil.
  • the separating element 2 can be arranged as on the one-piece heat exchanger 1, 12, in particular on the desuperheater 13 and condenser 14, or as in the two-part heat exchanger 1, 11 between the desuperheater 13 and condenser 14 may be arranged.
  • the heat exchanger device 6 comprises a fan 5, which is designed and arranged such that a transport fluid can be sucked in via an inflow surface of the heat exchanger 1, brought into flowing contact with the heat exchanger 1 and discharged again via an outflow surface from the heat exchanger 1.
  • a speed of the fan 5 can be regulated.
  • the heat exchanger 1, in particular the two heat exchangers 1, 11, 12 in Fig. 1 Have a first longitudinal axis 7, which is inclined to a second longitudinal axis 8 of the heat exchanger device 6.
  • the two heat exchangers 1, 11, 12 are arranged opposite one another with respect to the second longitudinal axis 8, so that they form a V with their first longitudinal axes 7.
  • the inventive method for wetting a heat exchanger 1 and the measures described in the dependent claims can be carried out with the described heat exchanger 1 and the heat exchanger device 6.
  • an outer boundary of the heat exchanger 1 is formed by an inflow and an outflow surface such that in the operating state for exchanging heat between a transport fluid and a refrigerant flowing through the heat exchanger 1, the transport fluid via the inflow to the heat exchanger 1, with the heat exchanger 1 in flowing contact and over the Outflow surface is removed from the heat exchanger 1 again.
  • the heat exchanger 1 comprises a desuperheater 13, a condenser 14 and a wetting device 3 for discharging a wetting fluid.
  • the heat exchanger 1, 11, 12 comprises a separating element 2, wherein the separating element 2 is configured and arranged at a separation point 21, that the inflow is divided into a Enthitzer Siemens 16 and a condenser 15, the wetting device 3 in the condenser 15, in particular between the separating element 2 and a front end 17 of the heat exchanger 1, is arranged and the heat exchanger 1, in particular the condenser 14, by means of the wetting device 3 in the condenser 15 is wetted.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Wärmeaustauscher gemäss dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs 1, eine Wärmeaustauschervorrichtung gemäss dem Anspruch 10 und ein Verfahren zur Benetzung eines Wärmeaustauschers gemäss dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs 14. Aus dem Stand der Technik sind Wärmeaustauscher bzw. Wärmeaustauschervorrichtungen sowie Verfahren zu deren Benetzung bekannt und finden sich in einer Vielzahl von technischen Anwendungen. Wärmeaustauscher werden in Kühlanlagen, wie z.B. in gewöhnlichen Haushaltskühlschränken verwendet, in Klimaanlagen für Gebäude oder in Fahrzeugen aller Art, vor allem in Kraftfahrzeugen, Flugzeugen und Schiffen, als Wasser- oder Ölkühler in Verbrennungsmotoren, als Kondensatoren oder Verdampfer in Kühlmittelkreisen und in weiteren unzähligen verschiedenen Anwendungen, die dem Fachmann alle wohlbekannt sind.
  • Im praktischen Einsatz sind die Wärmeaustauscher häufig mit einem Kreislauf verbunden, der ein Kältemittel, d.h. ein Wärmeübertragungsmedium beispielsweise ein Kühlmittel enthält, wobei der Wärmeaustauscher Wärme direkt, d.h. ohne Phasenumwandlung aus dem flüssigen oder gasförmigen Kältemittel aufnehmen oder an dasselbe abgeben kann, oder auch als Kondensator oder Verdampfer für das Kältemittel wirksam sein kann. Das Transportfluid ausserhalb des Wärmeaustauschers, z.B. Wasser, Öl oder häufig einfach die Umgebungsluft, kann Wärmeenergie vom Wärmeaustauscher aufnehmen oder auf den Wärmeaustauscher übertragen, wird dabei also entweder entsprechend erwärmt oder abgekühlt. Das Transportfluid hat also meistens einen wesentlich niedrigeren Wärmeübergangskoeffizienten als das Kältemittel, das im Wärmeaustauscher zirkuliert. Dies wird durch stark unterschiedliche Wärmeübertragungsflächen für die beiden Medien ausgeglichen. Das Kältemittel mit dem hohen Wärmeübergangskoeffizienten strömt also in einem Rohr oder Strangprofil, welches auf der Außenseite durch eine oder mehrere Rippen oder Lamellen, beispielsweise Bleche, eine stark vergrößerte Oberfläche aufweist, an der der Wärmeübergang mit dem Transportfluid, beispielsweise der Umgebungsluft, stattfindet.
  • Eine Möglichkeit die Wärmeaustauscher sinnvoll zu klassifizieren besteht darin, eine Unterscheidung nach dem Aufbau bzw. der Herstellung der verschiedenen Typen von Wärmeaustauschern vorzunehmen.
  • Eine weit verbreitete Ausführung ist der lamellierte Wärmeaustauscher. Im einfachsten Fall besteht ein lamellierter Wärmeaustauscher aus einem Rohr zur Durchleitung des Kältemittels und aus einer Vielzahl von Lamellen, die mit dem Rohr verbunden sind und im Betrieb mit einem Transportfluid in Verbindung stehen. Der lamellierte Wärmeaustauscher ist besonders zweckmässig, wenn das Transportfluid gasförmig ist und aus Umgebungsluft besteht, da diese einen vergleichsweise niedrigen Wärmeübertragungskoeffizienten hat, der durch eine entsprechend grosse Oberfläche der Lamellen ausgeglichen werden kann.
  • Die Herstellung dieser sogenannten lamellierten Wärmeaustauscher erfolgt nach einem seit langem bekannten standardisierten Prozess: Die Lamellen werden mit einer Presse und einem speziellen Werkzeug gestanzt und in Pakete zueinander gelegt. Anschließend werden die Rohre eingeschoben und entweder mechanisch oder hydraulisch aufgeweitet, sodass ein sehr guter Kontakt und somit ein guter Wärmeübergang zwischen Rohr und Lamelle entsteht. Die einzelnen Rohre werden dann durch Bögen und Sammel- und Verteilrohr miteinander verbunden, oft miteinander verlötet.
  • Der Wirkungsgrad wird wesentlich durch die Temperaturdifferenz zwischen den Lamellen einerseits und dem oder den Rohren andererseits bestimmt. Die Temperaturdifferenz ist umso kleiner, d.h. die Wärmeübertragung umso effektiver, je grösser die Leitfähigkeit und die Dicke der Lamellen ist, und je kleiner der gegenseitige Abstand der Rohre ist. Bezüglich des Wirkungsgrads ist es somit vorteilhaft, wenn viele Rohre verwendet werden. Viele Rohre bedeuten jedoch auch höhere Material- und Verarbeitungskosten, so dass ein höherer Wirkungsgrad normalerweise mit höheren Kosten verbunden ist. Diese Materialkosten konnte man jedoch dadurch verringern, dass man den Rohrdurchmesser und die Wandstärke reduziert, d.h. man baut einen Wärmeaustauscher mit vielen kleinen Rohren anstatt mit wenigen großen Rohren. Thermodynamisch wäre diese Lösung optimal: Sehr viele Rohre in engem Abstand mit kleinen Durchmessern.
  • Diese Eigenschaften hat eine andere Klasse von Wärmeaustauschern, die sogenannten Microchannel-Wärmeaustauscher, die nach einem völlig anderen Verfahren hergestellt werden und fast dem Idealbild eines lamellierten Wärmeaustauschers entsprechen: viele kleine Rohre mit kleinen Abständen. Anstatt kleiner Rohre wird beim Microchannel-Wärmeaustauscher ein Strangpressprofil, beispielsweise aus Aluminium verwendet, das sehr viele kleine Kanäle mit einem Durchmesser von z.B. etwa 1mm hat. In der Praxis kann dabei ein Wärmeaustauscher, je nach geforderter Wärmeleistung, bereits mit einem einzigen Strangpressprofil als ein zentrales Wärmeaustauschelement auskommen. Umhöhere Wärmeübertragungsleistungen zu erzielen können selbstverständlich in einem einzigen Wärmeaustauscher auch mehrere Strangpressprofile gleichzeitig vorgesehen werden, die in geeigneten Kombinationen zum Beispiel über Zu- und Ableitungen miteinander verbunden, z.B. miteinander verlötet werden.
  • Solche Strangpressprofile können z.B. in geeigneten Extrudierverfahren einfach und in vielfältigen Formen aus einer Vielzahl von Materialien hergestellt werden. Aber auch andere Herstellungsverfahren zur Herstellung von Microchannel-Wärmeaustauscher sind bekannt, wie z.B. das Zusammensetzen geeignet geformter Profilbleche oder andere geeignete Verfahren. Diese Profile kann man nicht, und braucht man auch nicht aufzuweiten und sie werden auch nicht in gestanzte Lamellenpakete eingeschoben. Stattdessen werden zum Beispiel zwischen zwei eng aneinander liegenden Profilen (gängige Abstände beispielweise < 1cm) Lamellen gelegt, die beispielsweise als gekantete Blechstreifen, insbesondere aus Aluminium, ausgebildet sind. Durch abwechselndes Aneinanderlegen von Lamelle und Profil, die im Anschluss verlötet werden, entsteht dann ein Wärmeaustauscher.
  • Aufgrund der engen Abstände und der kleinen Kanaldurchmesser entsteht ein Wärmeaustauscher mit einem sehr hohen Wirkungsgrad und einem sehr geringen Füllvolumen (Kanalinnenseite). Die weiteren Vorteile dieser Technik sind die Vermeidung von Materialpaarungen (Korrosion), das geringe Gewicht (kein Kupfer), die hohe Druckstabilität (ca. 100 bar) sowie die kompakte Bauform (typische Tiefe eines Wärmeaustauschers z.B. 20mm).
  • Die Effizienz des Wärmeaustauschers kann, beispielsweise um Energie zu sparen und einen verbesserten Betrieb zu ermöglichen, nochmals gesteigert werden, indem dieser zusätzlich eine Benetzungseinrichtung zur Aufgabe eines Benetzungsfluids umfasst. Dabei wird der Wärmeaustauscher mit dem Benetzungsfluid benetzt, indem das Benetzungsfluid zum Beispiel aus einem Vorratsbehälter oder einer anderen Einrichtung zur Benetzungseinrichtung gepumpt wird und auf den Wärmeaustauscher, beispielsweise mittels aussprühen, aufgegeben wird. Unter dem Wärmeaustauscher kann eine Auffangwanne angeordnet sein, in welche das überschüssige Benetzungsfluid abtropft. Anschliessend kann das Benetzungsfluid aufbereitet, beispielsweise in der Auffangwanne, und zurück in den Vorratsbehälter geführt werden. Nachteil ist, dass ein solches Umlaufsystem sehr teuer in Bezug auf die Anschaffungskosten und sehr aufwendig im Betrieb ist.
  • In der EP 0 943 882 B1 wird ein Trockenkühlturm für die hybride Verflüssigung eines Kältemittels mit einer solchen beschriebenen Benetzungseinrichtung beschrieben. Der in der EP 0 943 882 B1 beschriebene Trockenkühlturm sieht vor, dass der Wärmeaustauscher in einen Enthitzer und einen dem Enthitzer nachgeschalteten Verflüssiger aufgeteilt ist, wobei die untere Stirnseite des Enthitzers nur einen Teil der oberen Stirnseite eines Verflüssigers bedeckt, der Enthitzer also versetzt zum Verflüssiger angeordnet ist. Im Bereich des freibleibenden Teils der oberen Stirnseite des Verflüssigers ist die Benetzungseinrichtung angeordnet, mit welcher der Verflüssiger mit dem Benetzungsfluid benetzt wird. Auf diese Weise erfolgt die Enthitzung eines Heißgases in einem kleinen Bereich des Wärmeaustauschers mittels des Transportfluids, beispielsweise trockener Umgebungsluft. Nachteil dieser Anordnung von Enthitzer und Verflüssiger ist, dass es sehr aufwendig und mit hohen Herstellkosten verbunden ist, den Enthitzer und Verflüssiger derart versetzt anzuordnen. Ausserdem wird der Enthitzer, trotz der beschriebenen Anordnung, aufgrund des Versprühens des Benetzungsfluids mit diesem benetzt, sodass das Benetzungsfluid beispielsweise verdunstet oder verdampft oder sich Kalkablagerungen auf dem Enthitzer bilden. Ebenso ist der Betrieb der Benetzungsanlage sehr kostenintensiv, da das überschüssige Benetzungsfluid aufgefangen und aufbereitet werden muss, also ein Umlaufsystem notwendig ist.
  • Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Wärmeaustauscher, eine Wärmeaustauschervorrichtung und ein Verfahren zur Benetzung vorzuschlagen, die kostengünstig und einfach herzustellen sind und eine bedarfsgerechte Benetzung ermöglichen.
  • Diese Aufgabe wird durch einen Wärmeaustauscher mit den Merkmalen des Anspruchs 1, eine Wärmeaustauschervorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 10 und Verfahren zur Benetzung eines Wärmeaustauschers mit den Merkmalen des Anspruchs 14 gelöst.
  • Die abhängigen Ansprüche beziehen sich auf besonders vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.
  • Erfindungsgemäss wird ein Wärmeaustauscher vorgeschlagen, wobei eine äussere Begrenzung des Wärmeaustauschers durch eine Einströmfläche und eine Ausströmfläche derart ausgebildet ist, dass im Betriebszustand zum Austausch von Wärme zwischen einem Transportfluid und einem den Wärmeaustauscher durchströmenden Kältemittel, das Transportfluid über die Einströmfläche dem Wärmeaustauscher zuführbar, mit dem Wärmeaustauscher in strömenden Kontakt bringbar und über die Ausströmfläche aus dem Wärmeaustauscher wieder abführbar ist. Ausserdem umfasst der Wärmeaustauscher einen Enthitzer und einen Verflüssiger. Ebenso umfasst der Wärmeaustauscher ein Trennelement, wobei das Trennelement dabei derart ausgestaltet und an einer Trennstelle angeordnet ist, dass die Einströmfläche in einen Enthitzerbereich und einen Verflüssigerbereich unterteilt ist.
  • Das Trennelement kann kreisförmig, ellipsenförmig oder mehreckig sein, insbesondere kann das Trennelement rechteckig ausgeführt sein. Das Trennelement kann eben sein oder eine Krümmung aufweisen. Das Trennelement kann ein folienartiges Material, beispielsweise ein Blech, sein und das Material kann beispielsweise ein Metall oder eine metallische Legierung, bevorzugt eine Aluminiumlegierung, ein rostfreier Stahl, Edelstahl oder ein Kunststoff sein. Das Trennelement kann lackiert, beipielsweise mit einer Pulverlackierung lackiert sein. Die Dicke des folienartigen Materials kann beispielsweise in einem Bereich zwischen 0,5 mm bis 10 mm, bevorzugt zwischen 1 mm bis 3 mm, liegen.
  • Die Trennstelle kann im oder am Wärmeaustauscher sein. Die Trennstelle kann als ein oder mehrere Trennpunkte oder aber auch als eine Trennlinie ausgebildet sein. Die Trennlinie kann einen beliebigen Verlauf haben, bevorzugt aber als eine horizontale oder vertikale verlaufende Gerade ausgebildet sein. Die Trennstelle kann an einem Rohr, beispielsweise einem Tragrohr oder Kältemittel führenden Rohr verlaufen. Das Trennelement kann einen oder mehrere Befestigungsbereiche umfassen, beispielsweise runde, insbesondere halbkreisförmige, oder mehreckige Spalte oder Einkerbungen, sodass das Trennelement an der Trennstelle, insbesondere am Rohr, passgenau angeordnet sein kann. Bevorzugt kann dass Trennelement an der Trennstelle angeordnet und an einem oder mehreren Stirnblechen des Wärmeaustauschers oder aber an einem Gehäuse, in welchem der Wärmeaustauscher angeordnet sein kann, befestigt sein. Das Trennelement kann an der Trennstelle angeordnet sein, also beispielsweise mittels verschrauben, anschweissen oder klippsen befestigt sein. Das Trennelement kann an einem Rohr, beispielsweise einem Tragrohr oder Kältemittel führenden Rohr, befestigt sein. Das Trennelement kann aber auch mit einem Zwischenstück, beispielsweise einer Halterung, befestigt sein und das Zwischenstück an der Trennstelle am Wärmeaustauscher angeordnet, also beispielsweise mittels verschrauben, anschweissen oder klippsen befestigt sein. Das Trennelement kann insbesondere an der äusseren Begrenzungsfläche, bevorzugt auf der Seite der Einströmfläche, am Enthitzer und Verflüssiger angeordnet sein. Das Trennelement kann mit Abstand zu den Lamellen, vor den Lamellen, zwischen den Lamellen oder in einer anderen Weise an der Trennstelle zwischen Enthitzer und Verflüssiger angeordnet sein. Das Trennelement kann dabei bevorzugt auf der Seite der Einströmfläche, insbesondere zwischen oder an den Lamellen des Wärmeaustauschers, also den Lamellen des Enthitzers und Verflüssigers angeordnet sein.
  • Der Wärmeaustauscher kann ein lamellierter Wärmeaustauscher sein, der beispielsweise mehrere Rohren zur Durchleitung des Kältemittels und einer Vielzahl von Lamellen umfassen kann. Die Lamellen können dabei mit den Rohren verbunden sein und stehen im Betrieb mit dem Transportfluid in Verbindung. Die Lamellen oder Rohre können aus einem gut wärmeleitfähigen Material sein, beispielsweise Aluminium oder Kupfer, bevorzugt Edelstahl. Selbstverständlich kann der lamellierte Wärmeaustauscher auch mehrere Rohre für mehr als ein Wärmeübertragungsmedium enthalten oder die Rohre können je nach Bedarf parallel und/oder in Serie miteinander verbunden sein. Der Wärmeaustauscher kann aber auch ein Platten- oder ein Microchannel-Wärmeaustauscher sein. Der Wärmeaustauscher kann als ein einteiliger Wärmeaustauscher ausgeführt sein, also als ein Wärmeaustauscher mit durchgehend gemeinsam ausgebildeten Lamellen, wobei insbesondere der Enthitzer und der Verflüssiger durchgehend gemeinsam ausgebildete Lamellen aufweisen.
  • Gemäss der Erfindung ist das Trennelement derart ausgestaltet und an einer Trennstelle angeordnet, dass die Einströmfläche in einen Enthitzerbereich und einen Verflüssigerbereich unterteilt ist. Da das Transportfluid im Betriebszustand über die Einströmfläche dem Wärmeaustauscher zugeführt wird, kann mit dieser Massnahme erreicht werden, dass die Einströmfläche in einen Enthitzerbereich und einen Verflüssigerbereich unterteilt ist, sodass die Enthitzung des Heißgases in einem kleineren Bereich des Wärmeaustauschers erfolgt. Vorteilhafterweise kann somit eine Unterteilung der Einströmfläche einfach und kostengünstig erreicht werden.
  • In Ausgestaltung der Erfindung umfasst der Wärmeaustauscher eine Benetzungseinrichtung zur Aufgabe eines Benetzungsfluids und der Wärmeaustauscher ist, insbesondere der Verflüssiger, mit dem Benetzungsfluid benetzbar, und die Benetzungseinrichtung ist im Verflüssigerbereich, insbesondere zwischen dem Trennelement und einem stirnseitigen Ende des Wärmeaustauschers, angeordnet.
  • Das Benetzungsfluid kann aus einem Vorratsbehälter zur Benetzungseinrichtung gepumpt werden. Das Benetzungsfluid kann einen tropfenbildenden Flüssigkeitsfilm auf dem Wärmeaustauscher ausbilden. Die Benetzungseinrichtung kann mit Sprühdüsen ausgestattet sein, wobei die Sprühdüse beispielsweise eine Hohlkegeldüse, eine Flachstrahldüse oder jede andere Art von Düse die zur Benetzung des Wärmeaustauschers geeignet ist, sein kann. Die Benetzungseinrichtung ist im Verflüssigerbereich, insbesondere zwischen dem Trennelement und einem stirnseitigen Ende des Wärmeaustauschers, angeordnet. Als das stirnseitige Ende, insbesondere das stirnseite Ende des Verflüssigers, kann das Ende des Wärmeaustauschers bzw. Verflüssigers verstanden werden, das auf der dem Enthitzer abgewandten Seite angeordnet ist. Als ein weiteres stirnseitiges Ende, insbesondere das stirnseitige Ende des Enthitzers, kann das Ende des Wärmeaustauschers bzw. Enthitzers verstanden werden, das auf der dem Verflüssiger abgewandten Seite angeordnet ist. Die Benetzungseinrichtung kann bevorzugt an der Einströmfläche im Verflüssigerbereich angeordnet sein. Die Benetzungseinrichtung kann den Wärmeaustauscher im Betriebszustand, insbesondere den Verflüssiger, für gleiche oder unterschiedlich lange Zeitintervalle, in einer oder mehreren Sektionen und mit unterschiedlichen Mengen an Benetzungsfluid benetzen. Unter einer Sektion kann dabei ein abgegrenzter Teilbereich des Wärmeaustauschers verstanden werden, der von einem Ventilator belüftet wird. Dabei kann ein Wärmeaustauscher eine oder mehrere Sektionen umfassen, welche, beispielsweise mittels einer Trennwand, räumlich derart abgetrennt sind, dass das Transportfluid in einer Sektion von einem Ventilator transportierbar ist.
  • Die Benetzungseinrichtung ist somit vorteilhafterweise derart im Verflüssigerbereich angeordnet, dass im Betrieb nur der Verflüssiger benetzt werden kann und kein Benetzungsfluid in den Enthitzerbereich gelangt bzw. den Enthitzer benetzt. Vorteil der Massnahme ist, dass der Enthitzerbereich, der ein Bereich mit sehr hohen Temperaturen sein kann, nicht mit dem Benetzungsfluid in Berührung kommt, sodass ein Verdampfen, also ein vollständiges Verdunsten des Benetzungsfluids, oder Kalkausfall, der Ablagerungen bildet, verhindert wird. Ausserdem kann dadurch Benetzungsfluid eingespart werden, weil im Bereich des Enthitzers große Temperaturdifferenzen zwischen Wärmeübertragungsmedium und Umgebungsluft vorhanden sind und eine Benetzung zur Leistungssteigerung nicht erforderlich ist. Ausserdem kann die Benetzungseinrichtung den Wärmeaustauscher in Abhängigkeit von einer Lastanforderung derart genau mit einer Menge an Benetzungsfluid benetzen, dass kein oder nur wenig Benetzungsfluid als Überschuss vom Wärmeaustauscher abtropft. Vorteilhafterweise kann so auf eine Auffangwanne bzw. auf ein Umlaufsystem verzichten werden.
  • In Ausgestaltung der Erfindung ist der Wärmeaustauscher zweiteilig ausgebildet, insbesondere der Enthitzer und der Verflüssiger, als baulich voneinander getrennte Einheiten ausgeführt. Der zweiteilig ausgeführte Wärmeaustauscher kann dabei einen Enthitzer und einen Verflüssiger umfassen, die als baulich voneinander getrennte Einheiten ausgebildet sind. Unter voneinander getrennte Einheiten kann dabei ein Wärmeaustauscher mit voneinander getrennt ausgebildeten Lamellen verstanden werden, wobei insbesondere der Enthitzer und der Verflüssiger mit voneinander getrennt ausgebildeten Lamellen ausgebildet sein können. Vorteilhafterweise kann der Wärmeaustauscher somit modular aufgebaut sein und somit kostengünstig hergestellt sein.
  • In Ausgestaltung der Erfindung ist das Trennelement zwischen Enthitzer und Verflüssiger angeordnet. Das Trennelement kann an der Trennstelle zwischen Enthitzer und Verflüssiger angeordnet sein, also zwischen den Lamellen angeordnet sein. Das Trennelement kann dabei bevorzugt auf der Seite der Einströmfläche, insbesondere zwischen den Lamellen von Enthitzer und Verflüssiger angeordnet sein. Der Enthitzer und der Verflüssiger können dabei als eine Einheit ausgebildet sein, die auf einfache Art und Weise mittels des Trennelements in einen Verflüssiger und einen Enthitzerbereicht unterteilt werden können. Vorteilhafterweise kann das Trennelement somit einfach eine vollständige Trennung in Verflüssigerbereich und Enthitzerbereich bewirken.
  • In Ausgestaltung der Erfindung geht eine das Kältemittel führende Rohrschlange des Enthitzers in die das Kältemittel des Verflüssigers führende Rohrschlange über. In Ausgestaltung der Erfindung bestehen der Verflüssiger und / oder der Enthitzer aus mehreren selbständigen, miteinander verbundenen Einheiten, die zueinander horizontal oder parallel oder in Reihe geschaltet sind. Unter dem zweiteilig ausgebildeten Wärmeaustauscher kann also auch verstanden werden, dass der Enthitzer und der Verflüssiger eine getrennte, eine das Kältemittel führende, Rohrschlange aufweisen und die Kältemittel führende Rohrschlange des Enthitzers in die Kältemittel führende Rohrschlange des Verflüssigers übergeht. Auch diese Massnahmen haben den Vorteil, dass der Wärmeaustauscher modular aufgebaut sein und somit kostengünstig hergestellt sein kann.
  • In Ausgestaltung der Erfindung ist der Wärmeaustauscher ein luftgekühlter Verflüssiger, insbesondere mit Ammoniak als Kältemittel, oder ein Gaskühler, insbesondere mit Kohlenstoffdioxid als Kältemittel. Vorteilhafterweise können somit Ammoniak oder Kohlenstoffdioxid als Kältemittel verwendet werden, die besonders umweltfreundlich sind, da diese Kältemittel nicht zum Abbau der Ozonschicht beitragen und entweder keinen oder nur einen sehr geringen direkten Einfluss auf den Treibhauseffekt haben.
  • In Ausgestaltung der Erfindung ist der Wärmeaustauscher ein Lamellenwärmeaustauscher.
  • In Ausgestaltung der Erfindung umfasst der Wärmeaustauscher eine Sektion. Wie bereits erwähnt, kann unter einer Sektion ein abgegrenzter Teilbereich des Wärmeaustauschers verstanden werden, der unabhängig und / oder räumlich getrennt von einer anderen Sektion, beispielsweise von einem oder mehreren Ventilatoren, belüftet wird. Dabei kann ein Wärmeaustauscher eine oder mehrere Sektionen umfassen, welche, beispielsweise mittels einer Trennwand, räumlich abgetrennt sein können, sodass das Transportfluid in einer Sektion unabhängig und / oder räumlich getrennt von einer anderen Sektion transportierbar ist. Die Benetzungseinrichtung kann den Wärmeaustauscher im Betriebszustand, insbesondere den Verflüssiger, in einem gleichen oder unterschiedlich langen Zeitintervall, in einer oder mehreren Sektionen und mit unterschiedlichen Mengen an Benetzungsfluid benetzen. Vorteilhafterweise können so eine oder mehrere Sektionen gleichzeitig und unabhängig voneinander und / oder nach Benetzungsdauer optimiert benetzt werden. Diese Massnahmen sorgen für eine geringere Verschmutzung und Korrosion des Wärmeaustauschers aufgrund der geringeren Benetzungsdauer und bewirken eine Reduzierung des Verbrauches an Benetzungsfluid.
  • Im Weiteren betrifft die Erfindung eine Wärmeaustauschervorrichtung umfassend einen Wärmeaustauscher. In Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Wärmeaustauschervorrichtung einen Ventilator, der derart ausgestaltet und angeordnet ist, dass ein Transportfluid über eine Einströmfläche des Wärmeaustauschers ansaugbar, mit dem Wärmeaustauscher in strömenden Kontakt bringbar und über eine Ausströmfläche aus dem Wärmeaustauscher wieder abführbar ist. In Ausgestaltung der Erfindung ist die Drehzahl des Ventilators regulierbar.
  • Die Wärmeaustauschervorrichtung kann einen oder mehrere Ventilatoren umfassen. Der Ventilator kann, wie beschrieben, im Betriebszustand eine Strömung des Transportfluids erzeugen. Eine Drehzahl des Ventilators kann regulierbar, also drehzahlveränderlich sein. Eine Verwendung der drehzahlveränderlichen Ventilatoren hat den Vorteil, dass dann der Stromverbrauch und damit die Leistungsaufnahme der Ventilatoren erheblich geringer ist. Mit einem drehzahlveränderlichen Ventilator kann aber auch Wasser eingespart werden, da sich mit abnehmender Belastung der Anteil der konvektiven Wärmeabgabe erhöht.
  • In Ausgestaltung der Erfindung ist eine erste Längsachse des Wärmeaustauschers zu einer zweiten Längsachse der Wärmeaustauschervorrichtung geneigt. Umfasst die Wärmeaustauschervorrichtung mindestens zwei Wärmeaustauscher, wobei die mindestens zwei Wärmeaustauscher in Bezug auf die zweite Längsachse einander gegenüberliegend angeordnet sind, so bilden diese mit ihren ersten Längsachsen ein V. Vorteilhafterweise kann so das überschüssige Benetzungsfluid abtropfen.
  • Die Benetzung des oder der Wärmeaustauscher(s) oder Sektion(en) der Wärmeaustauschervorrichtung, insbesondere des oder der Verflüssiger(s) der Wärmeaustauscher, kann sequenziell erfolgen, das heisst die verschiedenen Sektionen oder Wärmeaustauscher können zeitlich nacheinander mit dem Benetzungsfluid benetzt werden. Dabei kann ein Zeitintervall für eine Benetzung für eine Sektion oder einen Wärmeaustauscher unterschiedlich oder gleich lang sein. Aus diesem Grund kann die Benetzungsdauer einer Sektion oder eines Wärmeaustauschers im Vergleich zu einer anderen Benetzungsdauer einer anderen Sektion oder eines anderen Wärmeaustauscher unterschiedlich sein. Da also immer bekannt ist, welche Sektion oder welcher Wärmeaustauscher die geringste Benetzungsdauer aufweist, können diese bevorzugt benetzt werden, so dass die Sektionen oder Wärmeaustauscher vorteilhafterweise bei gleicher Gesamtnutzungsdauer des Wärmeaustauschers oder der Wärmeaustauschervorrichtung eine geringere Benetzungsdauer pro Sektion oder Wärmeaustauscher aufweisen. Vorteilhafterweise können die Sektionen oder Wärmeaustauscher so gleichzeitig oder jeweils abwechselnd, bedarfsgerecht, betrieben und eingesetzt werden, wobei gleichzeitig die Benetzungsdauer einer Sektion oder eines Wärmeaustauschers gering im Vergleich zur Gesamtnutzungsdauer gehalten werden kann. Auch im Vergleich zu einer vollständigen und / oder gleichzeitigen Benetzung aller Sektion oder des gesamten Wärmeaustauschers, ist die Benetzungsdauer einer sequenziellen Benetzung einer Sektion oder eines Wärmetauschers wesentlich geringer, also kostengünstiger.
  • Im Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Benetzung eines Wärmeaustauschers. Dabei ist eine äussere Begrenzung des Wärmeaustauschers durch eine Einströmfläche und eine Ausströmfläche derart ausgebildet, dass im Betriebszustand zum Austausch von Wärme zwischen einem Transportfluid und einem den Wärmeaustauscher durchströmenden Kältemittel, das Transportfluid über die Einströmfläche dem Wärmeaustauscher zugeführt, mit dem Wärmeaustauscher in strömenden Kontakt gebracht und über die Ausströmfläche aus dem Wärmeaustauscher wieder abgeführt wird. Der Wärmeaustauscher umfasst einen Enthitzer, einen Verflüssiger und eine Benetzungseinrichtung zur Aufgabe eines Benetzungsfluids. Ausserdem umfasst der Wärmeaustauscher ein Trennelement wobei das Trennelement derart ausgestaltet und an einer Trennstelle angeordnet ist, dass die Einströmfläche in einen Enthitzerbereich und einen Verflüssigerbereich unterteilt wird, die Benetzungseinrichtung im Verflüssigerbereich, insbesondere zwischen dem Trennelement 2 und einem stirnseitigen Ende des Wärmeaustauschers, angeordnet wird und der Wärmeaustauscher, insbesondere der Verflüssiger, mittels der Benetzungseinrichtung im Verflüssigerbereich benetzt wird.
  • Das Verfahren ist mit dem erfindungsgemässen Wärmeaustauscher und / oder der Wärmeaustauschervorrichtung durchführbar.
  • Weitere vorteilhafte Massnahmen und bevorzugte Verfahrensführungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
  • Im Folgenden wird die Erfindung sowohl in apparativer als auch in verfahrenstechnischer Hinsicht anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In der schematischen Zeichnung zeigt:
    • Fig. 1
    ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Wärmeaustauschervorrichtung mit einem erfindungsgemässen Wärmeaustauscher.
  • Fig. 1 zeigt schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemässen Wärmeaustauschervorrichtung 6 mit einem erfindungsgemässen Wärmeaustauscher 1. Der Wärmeaustauscher 1 umfasst einen Enthitzer 13 und einen Verflüssiger 14. Eine äussere Begrenzung des Wärmeaustauschers 1 ist durch eine Einströmfläche und eine Ausströmfläche derart ausgebildet, dass im Betriebszustand zum Austausch von Wärme zwischen einem Transportfluid und einem den Wärmeaustauscher 1 durchströmenden Kältemittel, das Transportfluid über die Einströmfläche dem Wärmeaustauscher 1 zuführbar, mit dem Wärmeaustauscher 1 in strömenden Kontakt bringbar und über die Ausströmfläche aus dem Wärmeaustauscher 1 wieder abführbar ist. Der Wärmeaustauscher 1 umfasst ausserdem ein Trennelement 2, wobei das Trennelement 2 derart ausgestaltet und an einer Trennstelle 21 angeordnet ist, dass der Wärmeaustauscher 1 in einen Enthitzerbereich 16 und einen Verflüssigerbereich 15 unterteilt ist. Im in Fig. 1 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel ist das Trennelement 2 derart ausgestaltet und an der Trennstelle 21 angeordnet, dass insbesondere die Einströmfläche in einen Enthitzerbereich 16 und einen Verflüssigerbereich 15 unterteilt ist. Im Weiteren umfasst der Wärmeaustauscher 1 eine Benetzungseinrichtung 3 zur Aufgabe eines Benetzungsfluids, mit der der Wärmeaustauscher 1, insbesondere der Verflüssiger 14, mit dem Benetzungsfluid benetzbar ist. Das im Betriebszustand der Benetzungseinrichtung 3 benetzende Benetzungsfluid ist dabei schematisch als gestrichelte Linie dargestellt. Die Benetzungseinrichtung 3 ist im Verflüssigerbereich 15, insbesondere zwischen dem Trennelement 2 und einem stirnseitigen Ende 17 des Wärmeaustauschers 1 angeordnet. Somit wird im Betriebszustand vorteilhafterweise nur der Verflüssiger 14 mit dem Benetzungsfluid benetzt und eine Benetzung des Enthitzers 13 vermieden. Ein Verdunsten oder Verdampfen des Benetzungsfluids oder ein Kalkausfall, der Ablagerungen im Enthitzerbereich 16 bzw. am Enthitzer 13 bildet, wird somit vermieden. Ausserdem kann dadurch der Wärmeaustauscher 1 bzw. die Wärmeaustauschervorrichtung 6 kostengünstiger hergestellt und vereinfacht werden, da beispielsweise auf ein Umlaufsystem bzw. eine Aufbereitung des Benetzungsfluids verzichtet werden kann.
  • Der Wärmeaustauscher 1, insbesondere der Verflüssiger 14 und / oder der Enthitzer 13 können aus mehreren selbständigen, miteinander verbundenen Einheiten bestehen, die zueinander parallel oder in Reihe geschaltet sind.
  • Der Wärmeaustauscher 1 kann ein luftgekühlter Verflüssiger 14 sein, insbesondere mit Ammoniak als Kältemittel, oder ein Gaskühler sein, insbesondere mit Kohlenstoffdioxid als Kältemittel. Der Wärmeaustauscher 1 im gezeigten ersten Ausführungsbeispiel ist ein Lamellenwärmeaustauscher.
  • Die in Fig. 1 gezeigte Wärmeaustauschervorrichtung 6 umfasst einen zweiteilig ausgeführten Wärmeaustauscher 1, 11 und einen einteilig ausgeführten Wärmeaustauscher 1,12. Der zweiteilig ausgeführte Wärmeaustauscher 1, 11 umfasst einen Enthitzer 13 und einen Verflüssiger 14, die als baulich voneinander getrennte Einheiten ausgebildet sind. Unter voneinander getrennte Einheiten ist dabei ein Enthitzer 13 und ein Verflüssiger 14 mit voneinander getrennt ausgebildeten Lamellen und / oder einer das Kältemittel führenden Rohrschlange des Enthitzers 13, die in das Kältemittel des Verflüssigers 14 führende Rohrschlange übergeht, zu verstehen. Unter einem einteilig ausgeführten Wärmeaustauscher 1, 12, ist hingegen ein Enthitzer 13 und ein Verflüssiger 14 mit durchgehend gemeinsam ausgebildeten Lamellen und / oder einer durchgehenden Rohrschlange zu verstehen. Das Trennelement 2 kann dabei wie am einteilig ausgeführten Wärmeaustauscher 1, 12, insbesondere am Enthitzer 13 und Verflüssiger 14 angeordnet sein, oder wie beim zweiteilig ausgeführten Wärmeaustauscher 1, 11 zwischen dem Enthitzer 13 und Verflüssiger 14 angeordnet sein.
  • Ausserdem umfasst die Wärmeaustauschervorrichtung 6 einen Ventilator 5, der derart ausgestaltet und angeordnet ist, dass ein Transportfluid über eine Einströmfläche des Wärmeaustauschers 1 ansaugbar, mit dem Wärmeaustauscher 1 in strömenden Kontakt bringbar und über eine Ausströmfläche aus dem Wärmeaustauscher 1 wieder abführbar ist. Eine Drehzahl des Ventilators 5 kann regulierbar sein.
  • Der Wärmeaustauscher 1, insbesondere die beiden Wärmeaustauscher 1, 11, 12 in Fig. 1, weisen eine erste Längsachse 7 auf, welche zu einer zweiten Längsachse 8 der Wärmeaustauschervorrichtung 6 geneigt ist. Die beiden Wärmeaustauscher 1, 11, 12 sind in Bezug auf die zweite Längsachse 8 einander gegenüberliegend angeordnet, so dass sie mit ihren ersten Längsachsen 7 ein V bilden.
  • Das erfindungsgemässe Verfahren zur Benetzung eines Wärmeaustauschers 1 sowie die in den abhängigen Ansprüchen beschriebenen Massnahmen sind mit dem beschriebenen Wärmeaustauscher 1 und der Wärmeaustauschervorrichtung 6 durchführbar. Dabei ist eine äussere Begrenzung des Wärmeaustauschers 1 durch eine Einströmfläche und eine Ausströmfläche derart ausgebildet, dass im Betriebszustand zum Austausch von Wärme zwischen einem Transportfluid und einem den Wärmeaustauscher 1 durchströmenden Kältemittel, das Transportfluid über die Einströmfläche dem Wärmeaustauscher 1 zugeführt, mit dem Wärmeaustauscher 1 in strömenden Kontakt gebracht und über die Ausströmfläche aus dem Wärmeaustauscher 1 wieder abgeführt wird. Der Wärmeaustauscher 1 umfasst einen Enthitzer 13, einen Verflüssiger 14 und eine Benetzungseinrichtung 3 zur Aufgabe eines Benetzungsfluids. Ausserdem umfasst der Wärmeaustauscher 1, 11, 12 ein Trennelement 2, wobei das Trennelement 2 derart ausgestaltet und an einer Trennstelle 21 angeordnet ist, dass die Einströmfläche in einen Enthitzerbereich 16 und einen Verflüssigerbereich 15 unterteilt wird, die Benetzungseinrichtung 3 im Verflüssigerbereich 15 , insbesondere zwischen dem Trennelement 2 und einem stirnseitigen Ende 17 des Wärmeaustauschers 1, angeordnet wird und der Wärmeaustauscher 1, insbesondere der Verflüssiger 14, mittels der Benetzungseinrichtung 3 im Verflüssigerbereich 15 benetzt wird.

Claims (14)

  1. Wärmeaustauscher, wobei eine äussere Begrenzung des Wärmeaustauschers (1, 11, 12) durch eine Einströmfläche und eine Ausströmfläche derart ausgebildet ist, dass im Betriebszustand zum Austausch von Wärme zwischen einem Transportfluid und einem den Wärmeaustauscher (1, 11, 12) durchströmenden Kältemittel, das Transportfluid über die Einströmfläche dem Wärmeaustauscher (1, 11, 12) zuführbar, mit dem Wärmeaustauscher (1, 11, 12) in strömenden Kontakt bringbar und über die Ausströmfläche aus dem Wärmeaustauscher (1, 11, 12) wieder abführbar ist, wobei der Wärmeaustauscher (1, 11, 12) einen Enthitzer (13) und einen Verflüssiger (14) umfasst,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Wärmeaustauscher (1, 11, 12) ein Trennelement (2) umfasst, wobei das Trennelement (2) derart ausgestaltet und an einer Trennstelle (21) angeordnet ist, dass die Einströmfläche in einen Enthitzerbereich (16) und einen Verflüssigerbereich (15) unterteilt ist.
  2. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1 , wobei der Wärmeaustauscher (1, 11, 12) eine Benetzungseinrichtung (3) zur Aufgabe eines Benetzungsfluids umfasst und der Wärmeaustauscher (1, 11, 12), insbesondere der Verflüssiger (14), mit dem Benetzungsfluid benetzbar ist, und die Benetzungseinrichtung (3) im Verflüssigerbereich (16), insbesondere zwischen dem Trennelement (2) und einem stirnseitigen Ende (17) des Wärmeaustauschers (1, 11, 12), angeordnet ist.
  3. Wärmeaustauscher nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Wärmeaustauscher (1, 11, 12) zweiteilig, insbesondere der Enthitzer (13) und der Verflüssiger (14), als baulich voneinander getrennte Einheiten ausgebildet sind.
  4. Wärmeaustauscher nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Trennelement (2) zwischen Enthitzer (13) und Verflüssiger (14) angeordnet ist.
  5. Wärmeaustauscher nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine das Kältemittel führende Rohrschlange des Enthitzers (13) in die das Kältemittel des Verflüssigers (14) führende Rohrschlange übergeht.
  6. Wärmeaustauscher nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Verflüssiger (14) und / oder der Enthitzer (13) aus mehreren selbständigen, miteinander verbundenen Einheiten bestehen, die zueinander parallel oder in Reihe geschaltet sind.
  7. Wärmeaustauscher nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Wärmeaustauscher (1, 11, 12) ein luftgekühlter Verflüssiger ist, insbesondere mit Ammoniak als Kältemittel, oder ein Gaskühler ist, insbesondere mit Kohlenstoffdioxid als Kältemittel.
  8. Wärmeaustauscher nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Wärmeaustauscher (1, 11, 12) ein Lamellenwärmeaustauscher ist.
  9. Wärmeaustauscher nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Wärmeaustauscher (1, 11, 12) eine Sektion umfasst.
  10. Wärmeaustauschervorrichtung umfassend
    einen Wärmeaustauscher (1, 11, 12) nach einem der vorangehenden Ansprüche.
  11. Wärmeaustauschervorrichtung nach Anspruch 10, umfassend einen Ventilator (5), der derart ausgestaltet und angeordnet ist, dass ein Transportfluid über eine Einströmfläche des Wärmeaustauschers (1, 11, 12) ansaugbar, mit dem Wärmeaustauscher (1, 11, 12) in strömenden Kontakt bringbar und über eine Ausströmfläche aus dem Wärmeaustauscher (1, 11, 12) wieder abführbar ist.
  12. Wärmeaustauschervorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, wobei eine erste Längsachse (7) des Wärmeaustauschers (1, 11, 12) zu einer zweiten Längsachse (8) der Wärmeaustauschervorrichtung (6) geneigt ist.
  13. Wärmeaustauschervorrichtung nach Anspruch 12, umfassend mindestens zwei Wärmeaustauscher (1, 11, 12), wobei die mindestens zwei Wärmeaustauscher (1, 11, 12) in Bezug auf die zweite Längsachse (8) einander gegenüberliegend angeordnet sind, so dass sie mit ihren ersten Längsachsen (7) ein V bilden.
  14. Verfahren zur Benetzung eines Wärmetauschers nach Anspruch 1, wobei Betriebszustand zum Austausch von Wärme zwischen einem Transportfluid und einem den Wärmeaustauscher (1, 11, 12) durchströmenden Kältemittel, das Transportfluid über die Einströmfläche dem Wärmeaustauscher (1, 11, 12) zugeführt, mit dem Wärmeaustauscher (1, 11, 12) in strömenden Kontakt gebracht und über die Ausströmfläche aus dem Wärmeaustauscher (1, 11, 12) wieder abgeführt wird, wobei der Wärmeaustauscher (1, 11, 12) einen Enthitzer (13) und einen Verflüssiger (14) und eine Benetzungseinrichtung (3) zur Aufgabe eines Benetzungsfluids umfasst,
    wobei die Benetzungseinrichtung (3) im Verflüssigerbereich (15), insbesondere zwischen dem Trennelement (2) und einem stirnseitigen Ende (17) des Wärmeaustauschers (1, 11, 12), angeordnet wird und der Wärmeaustauscher (1, 11, 12), insbesondere der Verflüssiger (14), mittels der Benetzungseinrichtung (3) im Verflüssigerbereich (16) benetzt wird.
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